crypto/bn/bn_exp.c

   1 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   2  * All rights reserved.
   3  *
   4  * This package is an SSL implementation written
   5  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   6  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   7  *
   8  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
   9  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  10  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  11  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  12  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  13  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  14  *
  15  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  16  * the code are not to be removed.
  17  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  18  * as the author of the parts of the library used.
  19  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  20  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  21  *
  22  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  23  * modification, are permitted provided that the following conditions
  24  * are met:
  25  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  26  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  27  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  29  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  30  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  31  *    must display the following acknowledgement:
  32  *    "This product includes cryptographic software written by
  33  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  34  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  35  *    being used are not cryptographic related :-).
  36  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  37  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  38  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  39  *
  40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  50  * SUCH DAMAGE.
  51  *
  52  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  53  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  54  * copied and put under another distribution licence
  55  * [including the GNU Public Licence.]
  56  */
  57 /* ====================================================================
  58  * Copyright (c) 1998-2005 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
  59  *
  60  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  61  * modification, are permitted provided that the following conditions
  62  * are met:
  63  *
  64  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  65  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  66  *
  67  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  69  *    the documentation and/or other materials provided with the
  70  *    distribution.
  71  *
  72  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  73  *    software must display the following acknowledgment:
  74  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  75  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
  76  *
  77  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  78  *    endorse or promote products derived from this software without
  79  *    prior written permission. For written permission, please contact
  80  *    openssl-core@openssl.org.
  81  *
  82  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  83  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  84  *    permission of the OpenSSL Project.
  85  *
  86  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  87  *    acknowledgment:
  88  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  89  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
  90  *
  91  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  92  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  93  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  94  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  95  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  96  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  97  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  98  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  99  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
 100  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
 101  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
 102  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 103  * ====================================================================
 104  *
 105  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
 106  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
 107  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
 108  *
 109  */
 110
 111 #include "internal/cryptlib.h"
 112 #include "bn_lcl.h"
 113
 114 #include <stdlib.h>
 115 #ifdef _WIN32
 116 # include <malloc.h>
 117 # ifndef alloca
 118 #  define alloca _alloca
 119 # endif
 120 #elif defined(__GNUC__)
 121 # ifndef alloca
 122 #  define alloca(s) __builtin_alloca((s))
 123 # endif
 124 #elif defined(__sun)
 125 # include <alloca.h>
 126 #endif
 127
 128 #include "rsaz_exp.h"
 129
 130 #undef SPARC_T4_MONT
 131 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT) && (defined(__sparc__) || defined(__sparc))
 132 # include "sparc_arch.h"
 133 extern unsigned int OPENSSL_sparcv9cap_P[];
 134 # define SPARC_T4_MONT
 135 #endif
 136
 137 /* maximum precomputation table size for *variable* sliding windows */
 138 #define TABLE_SIZE      32
 139
 140 /* this one works - simple but works */
 141 int BN_exp(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p, BN_CTX *ctx)
 142 {
 143     int i, bits, ret = 0;
 144     BIGNUM *v, *rr;
 145
 146     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
 147         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
 148         BNerr(BN_F_BN_EXP, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
 149         return -1;
 150     }
 151
 152     BN_CTX_start(ctx);
 153     if ((r == a) || (r == p))
 154         rr = BN_CTX_get(ctx);
 155     else
 156         rr = r;
 157     v = BN_CTX_get(ctx);
 158     if (rr == NULL || v == NULL)
 159         goto err;
 160
 161     if (BN_copy(v, a) == NULL)
 162         goto err;
 163     bits = BN_num_bits(p);
 164
 165     if (BN_is_odd(p)) {
 166         if (BN_copy(rr, a) == NULL)
 167             goto err;
 168     } else {
 169         if (!BN_one(rr))
 170             goto err;
 171     }
 172
 173     for (i = 1; i < bits; i++) {
 174         if (!BN_sqr(v, v, ctx))
 175             goto err;
 176         if (BN_is_bit_set(p, i)) {
 177             if (!BN_mul(rr, rr, v, ctx))
 178                 goto err;
 179         }
 180     }
 181     if (r != rr)
 182         BN_copy(r, rr);
 183     ret = 1;
 184  err:
 185     BN_CTX_end(ctx);
 186     bn_check_top(r);
 187     return (ret);
 188 }
 189
 190 int BN_mod_exp(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p, const BIGNUM *m,
 191                BN_CTX *ctx)
 192 {
 193     int ret;
 194
 195     bn_check_top(a);
 196     bn_check_top(p);
 197     bn_check_top(m);
 198
 199     /*-
 200      * For even modulus  m = 2^k*m_odd,  it might make sense to compute
 201      * a^p mod m_odd  and  a^p mod 2^k  separately (with Montgomery
 202      * exponentiation for the odd part), using appropriate exponent
 203      * reductions, and combine the results using the CRT.
 204      *
 205      * For now, we use Montgomery only if the modulus is odd; otherwise,
 206      * exponentiation using the reciprocal-based quick remaindering
 207      * algorithm is used.
 208      *
 209      * (Timing obtained with expspeed.c [computations  a^p mod m
 210      * where  a, p, m  are of the same length: 256, 512, 1024, 2048,
 211      * 4096, 8192 bits], compared to the running time of the
 212      * standard algorithm:
 213      *
 214      *   BN_mod_exp_mont   33 .. 40 %  [AMD K6-2, Linux, debug configuration]
 215      *                     55 .. 77 %  [UltraSparc processor, but
 216      *                                  debug-solaris-sparcv8-gcc conf.]
 217      *
 218      *   BN_mod_exp_recp   50 .. 70 %  [AMD K6-2, Linux, debug configuration]
 219      *                     62 .. 118 % [UltraSparc, debug-solaris-sparcv8-gcc]
 220      *
 221      * On the Sparc, BN_mod_exp_recp was faster than BN_mod_exp_mont
 222      * at 2048 and more bits, but at 512 and 1024 bits, it was
 223      * slower even than the standard algorithm!
 224      *
 225      * "Real" timings [linux-elf, solaris-sparcv9-gcc configurations]
 226      * should be obtained when the new Montgomery reduction code
 227      * has been integrated into OpenSSL.)
 228      */
 229
 230 #define MONT_MUL_MOD
 231 #define MONT_EXP_WORD
 232 #define RECP_MUL_MOD
 233
 234 #ifdef MONT_MUL_MOD
 235     /*
 236      * I have finally been able to take out this pre-condition of the top bit
 237      * being set.  It was caused by an error in BN_div with negatives.  There
 238      * was also another problem when for a^b%m a >= m.  eay 07-May-97
 239      */
 240     /* if ((m->d[m->top-1]&BN_TBIT) && BN_is_odd(m)) */
 241
 242     if (BN_is_odd(m)) {
 243 # ifdef MONT_EXP_WORD
 244         if (a->top == 1 && !a->neg
 245             && (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) == 0)) {
 246             BN_ULONG A = a->d[0];
 247             ret = BN_mod_exp_mont_word(r, A, p, m, ctx, NULL);
 248         } else
 249 # endif
 250             ret = BN_mod_exp_mont(r, a, p, m, ctx, NULL);
 251     } else
 252 #endif
 253 #ifdef RECP_MUL_MOD
 254     {
 255         ret = BN_mod_exp_recp(r, a, p, m, ctx);
 256     }
 257 #else
 258     {
 259         ret = BN_mod_exp_simple(r, a, p, m, ctx);
 260     }
 261 #endif
 262
 263     bn_check_top(r);
 264     return (ret);
 265 }
 266
 267 int BN_mod_exp_recp(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 268                     const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx)
 269 {
 270     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
 271     int start = 1;
 272     BIGNUM *aa;
 273     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
 274     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
 275     BN_RECP_CTX recp;
 276
 277     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
 278         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
 279         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_RECP, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
 280         return -1;
 281     }
 282
 283     bits = BN_num_bits(p);
 284     if (bits == 0) {
 285         /* x**0 mod 1 is still zero. */
 286         if (BN_is_one(m)) {
 287             ret = 1;
 288             BN_zero(r);
 289         } else {
 290             ret = BN_one(r);
 291         }
 292         return ret;
 293     }
 294
 295     BN_CTX_start(ctx);
 296     aa = BN_CTX_get(ctx);
 297     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
 298     if (!aa || !val[0])
 299         goto err;
 300
 301     BN_RECP_CTX_init(&recp);
 302     if (m->neg) {
 303         /* ignore sign of 'm' */
 304         if (!BN_copy(aa, m))
 305             goto err;
 306         aa->neg = 0;
 307         if (BN_RECP_CTX_set(&recp, aa, ctx) <= 0)
 308             goto err;
 309     } else {
 310         if (BN_RECP_CTX_set(&recp, m, ctx) <= 0)
 311             goto err;
 312     }
 313
 314     if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
 315         goto err;               /* 1 */
 316     if (BN_is_zero(val[0])) {
 317         BN_zero(r);
 318         ret = 1;
 319         goto err;
 320     }
 321
 322     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
 323     if (window > 1) {
 324         if (!BN_mod_mul_reciprocal(aa, val[0], val[0], &recp, ctx))
 325             goto err;           /* 2 */
 326         j = 1 << (window - 1);
 327         for (i = 1; i < j; i++) {
 328             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
 329                 !BN_mod_mul_reciprocal(val[i], val[i - 1], aa, &recp, ctx))
 330                 goto err;
 331         }
 332     }
 333
 334     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
 335                                  * when there is only the value '1' in the
 336                                  * buffer. */
 337     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
 338     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
 339     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
 340
 341     if (!BN_one(r))
 342         goto err;
 343
 344     for (;;) {
 345         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
 346             if (!start)
 347                 if (!BN_mod_mul_reciprocal(r, r, r, &recp, ctx))
 348                     goto err;
 349             if (wstart == 0)
 350                 break;
 351             wstart--;
 352             continue;
 353         }
 354         /*
 355          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
 356          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
 357          * set bit before the end of the window
 358          */
 359         j = wstart;
 360         wvalue = 1;
 361         wend = 0;
 362         for (i = 1; i < window; i++) {
 363             if (wstart - i < 0)
 364                 break;
 365             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
 366                 wvalue <<= (i - wend);
 367                 wvalue |= 1;
 368                 wend = i;
 369             }
 370         }
 371
 372         /* wend is the size of the current window */
 373         j = wend + 1;
 374         /* add the 'bytes above' */
 375         if (!start)
 376             for (i = 0; i < j; i++) {
 377                 if (!BN_mod_mul_reciprocal(r, r, r, &recp, ctx))
 378                     goto err;
 379             }
 380
 381         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
 382         if (!BN_mod_mul_reciprocal(r, r, val[wvalue >> 1], &recp, ctx))
 383             goto err;
 384
 385         /* move the 'window' down further */
 386         wstart -= wend + 1;
 387         wvalue = 0;
 388         start = 0;
 389         if (wstart < 0)
 390             break;
 391     }
 392     ret = 1;
 393  err:
 394     BN_CTX_end(ctx);
 395     BN_RECP_CTX_free(&recp);
 396     bn_check_top(r);
 397     return (ret);
 398 }
 399
 400 int BN_mod_exp_mont(BIGNUM *rr, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 401                     const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx, BN_MONT_CTX *in_mont)
 402 {
 403     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
 404     int start = 1;
 405     BIGNUM *d, *r;
 406     const BIGNUM *aa;
 407     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
 408     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
 409     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 410
 411     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
 412         return BN_mod_exp_mont_consttime(rr, a, p, m, ctx, in_mont);
 413     }
 414
 415     bn_check_top(a);
 416     bn_check_top(p);
 417     bn_check_top(m);
 418
 419     if (!BN_is_odd(m)) {
 420         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
 421         return (0);
 422     }
 423     bits = BN_num_bits(p);
 424     if (bits == 0) {
 425         /* x**0 mod 1 is still zero. */
 426         if (BN_is_one(m)) {
 427             ret = 1;
 428             BN_zero(rr);
 429         } else {
 430             ret = BN_one(rr);
 431         }
 432         return ret;
 433     }
 434
 435     BN_CTX_start(ctx);
 436     d = BN_CTX_get(ctx);
 437     r = BN_CTX_get(ctx);
 438     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
 439     if (!d || !r || !val[0])
 440         goto err;
 441
 442     /*
 443      * If this is not done, things will break in the montgomery part
 444      */
 445
 446     if (in_mont != NULL)
 447         mont = in_mont;
 448     else {
 449         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 450             goto err;
 451         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
 452             goto err;
 453     }
 454
 455     if (a->neg || BN_ucmp(a, m) >= 0) {
 456         if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
 457             goto err;
 458         aa = val[0];
 459     } else
 460         aa = a;
 461     if (BN_is_zero(aa)) {
 462         BN_zero(rr);
 463         ret = 1;
 464         goto err;
 465     }
 466     if (!BN_to_montgomery(val[0], aa, mont, ctx))
 467         goto err;               /* 1 */
 468
 469     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
 470     if (window > 1) {
 471         if (!BN_mod_mul_montgomery(d, val[0], val[0], mont, ctx))
 472             goto err;           /* 2 */
 473         j = 1 << (window - 1);
 474         for (i = 1; i < j; i++) {
 475             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
 476                 !BN_mod_mul_montgomery(val[i], val[i - 1], d, mont, ctx))
 477                 goto err;
 478         }
 479     }
 480
 481     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
 482                                  * when there is only the value '1' in the
 483                                  * buffer. */
 484     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
 485     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
 486     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
 487
 488 #if 1                           /* by Shay Gueron's suggestion */
 489     j = m->top;                 /* borrow j */
 490     if (m->d[j - 1] & (((BN_ULONG)1) << (BN_BITS2 - 1))) {
 491         if (bn_wexpand(r, j) == NULL)
 492             goto err;
 493         /* 2^(top*BN_BITS2) - m */
 494         r->d[0] = (0 - m->d[0]) & BN_MASK2;
 495         for (i = 1; i < j; i++)
 496             r->d[i] = (~m->d[i]) & BN_MASK2;
 497         r->top = j;
 498         /*
 499          * Upper words will be zero if the corresponding words of 'm' were
 500          * 0xfff[...], so decrement r->top accordingly.
 501          */
 502         bn_correct_top(r);
 503     } else
 504 #endif
 505     if (!BN_to_montgomery(r, BN_value_one(), mont, ctx))
 506         goto err;
 507     for (;;) {
 508         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
 509             if (!start) {
 510                 if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
 511                     goto err;
 512             }
 513             if (wstart == 0)
 514                 break;
 515             wstart--;
 516             continue;
 517         }
 518         /*
 519          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
 520          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
 521          * set bit before the end of the window
 522          */
 523         j = wstart;
 524         wvalue = 1;
 525         wend = 0;
 526         for (i = 1; i < window; i++) {
 527             if (wstart - i < 0)
 528                 break;
 529             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
 530                 wvalue <<= (i - wend);
 531                 wvalue |= 1;
 532                 wend = i;
 533             }
 534         }
 535
 536         /* wend is the size of the current window */
 537         j = wend + 1;
 538         /* add the 'bytes above' */
 539         if (!start)
 540             for (i = 0; i < j; i++) {
 541                 if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
 542                     goto err;
 543             }
 544
 545         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
 546         if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, val[wvalue >> 1], mont, ctx))
 547             goto err;
 548
 549         /* move the 'window' down further */
 550         wstart -= wend + 1;
 551         wvalue = 0;
 552         start = 0;
 553         if (wstart < 0)
 554             break;
 555     }
 556 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 557     if (OPENSSL_sparcv9cap_P[0] & (SPARCV9_VIS3 | SPARCV9_PREFER_FPU)) {
 558         j = mont->N.top;        /* borrow j */
 559         val[0]->d[0] = 1;       /* borrow val[0] */
 560         for (i = 1; i < j; i++)
 561             val[0]->d[i] = 0;
 562         val[0]->top = j;
 563         if (!BN_mod_mul_montgomery(rr, r, val[0], mont, ctx))
 564             goto err;
 565     } else
 566 #endif
 567     if (!BN_from_montgomery(rr, r, mont, ctx))
 568         goto err;
 569     ret = 1;
 570  err:
 571     if (in_mont == NULL)
 572         BN_MONT_CTX_free(mont);
 573     BN_CTX_end(ctx);
 574     bn_check_top(rr);
 575     return (ret);
 576 }
 577
 578 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 579 static BN_ULONG bn_get_bits(const BIGNUM *a, int bitpos)
 580 {
 581     BN_ULONG ret = 0;
 582     int wordpos;
 583
 584     wordpos = bitpos / BN_BITS2;
 585     bitpos %= BN_BITS2;
 586     if (wordpos >= 0 && wordpos < a->top) {
 587         ret = a->d[wordpos] & BN_MASK2;
 588         if (bitpos) {
 589             ret >>= bitpos;
 590             if (++wordpos < a->top)
 591                 ret |= a->d[wordpos] << (BN_BITS2 - bitpos);
 592         }
 593     }
 594
 595     return ret & BN_MASK2;
 596 }
 597 #endif
 598
 599 /*
 600  * BN_mod_exp_mont_consttime() stores the precomputed powers in a specific
 601  * layout so that accessing any of these table values shows the same access
 602  * pattern as far as cache lines are concerned.  The following functions are
 603  * used to transfer a BIGNUM from/to that table.
 604  */
 605
 606 static int MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(const BIGNUM *b, int top,
 607                                         unsigned char *buf, int idx,
 608                                         int width)
 609 {
 610     size_t i, j;
 611
 612     if (top > b->top)
 613         top = b->top;           /* this works because 'buf' is explicitly
 614                                  * zeroed */
 615     for (i = 0, j = idx; i < top * sizeof b->d[0]; i++, j += width) {
 616         buf[j] = ((unsigned char *)b->d)[i];
 617     }
 618
 619     return 1;
 620 }
 621
 622 static int MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(BIGNUM *b, int top,
 623                                           unsigned char *buf, int idx,
 624                                           int width)
 625 {
 626     size_t i, j;
 627
 628     if (bn_wexpand(b, top) == NULL)
 629         return 0;
 630
 631     for (i = 0, j = idx; i < top * sizeof b->d[0]; i++, j += width) {
 632         ((unsigned char *)b->d)[i] = buf[j];
 633     }
 634
 635     b->top = top;
 636     bn_correct_top(b);
 637     return 1;
 638 }
 639
 640 /*
 641  * Given a pointer value, compute the next address that is a cache line
 642  * multiple.
 643  */
 644 #define MOD_EXP_CTIME_ALIGN(x_) \
 645         ((unsigned char*)(x_) + (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH - (((size_t)(x_)) & (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_MASK))))
 646
 647 /*
 648  * This variant of BN_mod_exp_mont() uses fixed windows and the special
 649  * precomputation memory layout to limit data-dependency to a minimum to
 650  * protect secret exponents (cf. the hyper-threading timing attacks pointed
 651  * out by Colin Percival,
 652  * http://www.daemonology.net/hyperthreading-considered-harmful/)
 653  */
 654 int BN_mod_exp_mont_consttime(BIGNUM *rr, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 655                               const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
 656                               BN_MONT_CTX *in_mont)
 657 {
 658     int i, bits, ret = 0, window, wvalue;
 659     int top;
 660     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 661
 662     int numPowers;
 663     unsigned char *powerbufFree = NULL;
 664     int powerbufLen = 0;
 665     unsigned char *powerbuf = NULL;
 666     BIGNUM tmp, am;
 667 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 668     unsigned int t4 = 0;
 669 #endif
 670
 671     bn_check_top(a);
 672     bn_check_top(p);
 673     bn_check_top(m);
 674
 675     if (!BN_is_odd(m)) {
 676         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_CONSTTIME, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
 677         return (0);
 678     }
 679
 680     top = m->top;
 681
 682     bits = BN_num_bits(p);
 683     if (bits == 0) {
 684         /* x**0 mod 1 is still zero. */
 685         if (BN_is_one(m)) {
 686             ret = 1;
 687             BN_zero(rr);
 688         } else {
 689             ret = BN_one(rr);
 690         }
 691         return ret;
 692     }
 693
 694     BN_CTX_start(ctx);
 695
 696     /*
 697      * Allocate a montgomery context if it was not supplied by the caller. If
 698      * this is not done, things will break in the montgomery part.
 699      */
 700     if (in_mont != NULL)
 701         mont = in_mont;
 702     else {
 703         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 704             goto err;
 705         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
 706             goto err;
 707     }
 708
 709 #ifdef RSAZ_ENABLED
 710     /*
 711      * If the size of the operands allow it, perform the optimized
 712      * RSAZ exponentiation. For further information see
 713      * crypto/bn/rsaz_exp.c and accompanying assembly modules.
 714      */
 715     if ((16 == a->top) && (16 == p->top) && (BN_num_bits(m) == 1024)
 716         && rsaz_avx2_eligible()) {
 717         if (NULL == bn_wexpand(rr, 16))
 718             goto err;
 719         RSAZ_1024_mod_exp_avx2(rr->d, a->d, p->d, m->d, mont->RR.d,
 720                                mont->n0[0]);
 721         rr->top = 16;
 722         rr->neg = 0;
 723         bn_correct_top(rr);
 724         ret = 1;
 725         goto err;
 726     } else if ((8 == a->top) && (8 == p->top) && (BN_num_bits(m) == 512)) {
 727         if (NULL == bn_wexpand(rr, 8))
 728             goto err;
 729         RSAZ_512_mod_exp(rr->d, a->d, p->d, m->d, mont->n0[0], mont->RR.d);
 730         rr->top = 8;
 731         rr->neg = 0;
 732         bn_correct_top(rr);
 733         ret = 1;
 734         goto err;
 735     }
 736 #endif
 737
 738     /* Get the window size to use with size of p. */
 739     window = BN_window_bits_for_ctime_exponent_size(bits);
 740 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 741     if (window >= 5 && (top & 15) == 0 && top <= 64 &&
 742         (OPENSSL_sparcv9cap_P[1] & (CFR_MONTMUL | CFR_MONTSQR)) ==
 743         (CFR_MONTMUL | CFR_MONTSQR) && (t4 = OPENSSL_sparcv9cap_P[0]))
 744         window = 5;
 745     else
 746 #endif
 747 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT5)
 748     if (window >= 5) {
 749         window = 5;             /* ~5% improvement for RSA2048 sign, and even
 750                                  * for RSA4096 */
 751         if ((top & 7) == 0)
 752             powerbufLen += 2 * top * sizeof(m->d[0]);
 753     }
 754 #endif
 755     (void)0;
 756
 757     /*
 758      * Allocate a buffer large enough to hold all of the pre-computed powers
 759      * of am, am itself and tmp.
 760      */
 761     numPowers = 1 << window;
 762     powerbufLen += sizeof(m->d[0]) * (top * numPowers +
 763                                       ((2 * top) >
 764                                        numPowers ? (2 * top) : numPowers));
 765 #ifdef alloca
 766     if (powerbufLen < 3072)
 767         powerbufFree =
 768             alloca(powerbufLen + MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH);
 769     else
 770 #endif
 771         if ((powerbufFree =
 772              OPENSSL_malloc(powerbufLen + MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH))
 773             == NULL)
 774         goto err;
 775
 776     powerbuf = MOD_EXP_CTIME_ALIGN(powerbufFree);
 777     memset(powerbuf, 0, powerbufLen);
 778
 779 #ifdef alloca
 780     if (powerbufLen < 3072)
 781         powerbufFree = NULL;
 782 #endif
 783
 784     /* lay down tmp and am right after powers table */
 785     tmp.d = (BN_ULONG *)(powerbuf + sizeof(m->d[0]) * top * numPowers);
 786     am.d = tmp.d + top;
 787     tmp.top = am.top = 0;
 788     tmp.dmax = am.dmax = top;
 789     tmp.neg = am.neg = 0;
 790     tmp.flags = am.flags = BN_FLG_STATIC_DATA;
 791
 792     /* prepare a^0 in Montgomery domain */
 793 #if 1                           /* by Shay Gueron's suggestion */
 794     if (m->d[top - 1] & (((BN_ULONG)1) << (BN_BITS2 - 1))) {
 795         /* 2^(top*BN_BITS2) - m */
 796         tmp.d[0] = (0 - m->d[0]) & BN_MASK2;
 797         for (i = 1; i < top; i++)
 798             tmp.d[i] = (~m->d[i]) & BN_MASK2;
 799         tmp.top = top;
 800     } else
 801 #endif
 802     if (!BN_to_montgomery(&tmp, BN_value_one(), mont, ctx))
 803         goto err;
 804
 805     /* prepare a^1 in Montgomery domain */
 806     if (a->neg || BN_ucmp(a, m) >= 0) {
 807         if (!BN_mod(&am, a, m, ctx))
 808             goto err;
 809         if (!BN_to_montgomery(&am, &am, mont, ctx))
 810             goto err;
 811     } else if (!BN_to_montgomery(&am, a, mont, ctx))
 812         goto err;
 813
 814 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 815     if (t4) {
 816         typedef int (*bn_pwr5_mont_f) (BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 817                                        const BN_ULONG *n0, const void *table,
 818                                        int power, int bits);
 819         int bn_pwr5_mont_t4_8(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 820                               const BN_ULONG *n0, const void *table,
 821                               int power, int bits);
 822         int bn_pwr5_mont_t4_16(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 823                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 824                                int power, int bits);
 825         int bn_pwr5_mont_t4_24(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 826                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 827                                int power, int bits);
 828         int bn_pwr5_mont_t4_32(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 829                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 830                                int power, int bits);
 831         static const bn_pwr5_mont_f pwr5_funcs[4] = {
 832             bn_pwr5_mont_t4_8, bn_pwr5_mont_t4_16,
 833             bn_pwr5_mont_t4_24, bn_pwr5_mont_t4_32
 834         };
 835         bn_pwr5_mont_f pwr5_worker = pwr5_funcs[top / 16 - 1];
 836
 837         typedef int (*bn_mul_mont_f) (BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 838                                       const void *bp, const BN_ULONG *np,
 839                                       const BN_ULONG *n0);
 840         int bn_mul_mont_t4_8(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const void *bp,
 841                              const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0);
 842         int bn_mul_mont_t4_16(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 843                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 844                               const BN_ULONG *n0);
 845         int bn_mul_mont_t4_24(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 846                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 847                               const BN_ULONG *n0);
 848         int bn_mul_mont_t4_32(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 849                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 850                               const BN_ULONG *n0);
 851         static const bn_mul_mont_f mul_funcs[4] = {
 852             bn_mul_mont_t4_8, bn_mul_mont_t4_16,
 853             bn_mul_mont_t4_24, bn_mul_mont_t4_32
 854         };
 855         bn_mul_mont_f mul_worker = mul_funcs[top / 16 - 1];
 856
 857         void bn_mul_mont_vis3(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 858                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 859                               const BN_ULONG *n0, int num);
 860         void bn_mul_mont_t4(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 861                             const void *bp, const BN_ULONG *np,
 862                             const BN_ULONG *n0, int num);
 863         void bn_mul_mont_gather5_t4(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 864                                     const void *table, const BN_ULONG *np,
 865                                     const BN_ULONG *n0, int num, int power);
 866         void bn_flip_n_scatter5_t4(const BN_ULONG *inp, size_t num,
 867                                    void *table, size_t power);
 868         void bn_gather5_t4(BN_ULONG *out, size_t num,
 869                            void *table, size_t power);
 870         void bn_flip_t4(BN_ULONG *dst, BN_ULONG *src, size_t num);
 871
 872         BN_ULONG *np = mont->N.d, *n0 = mont->n0;
 873         int stride = 5 * (6 - (top / 16 - 1)); /* multiple of 5, but less
 874                                                 * than 32 */
 875
 876         /*
 877          * BN_to_montgomery can contaminate words above .top [in
 878          * BN_DEBUG[_DEBUG] build]...
 879          */
 880         for (i = am.top; i < top; i++)
 881             am.d[i] = 0;
 882         for (i = tmp.top; i < top; i++)
 883             tmp.d[i] = 0;
 884
 885         bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, 0);
 886         bn_flip_n_scatter5_t4(am.d, top, powerbuf, 1);
 887         if (!(*mul_worker) (tmp.d, am.d, am.d, np, n0) &&
 888             !(*mul_worker) (tmp.d, am.d, am.d, np, n0))
 889             bn_mul_mont_vis3(tmp.d, am.d, am.d, np, n0, top);
 890         bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, 2);
 891
 892         for (i = 3; i < 32; i++) {
 893             /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
 894             if (!(*mul_worker) (tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0) &&
 895                 !(*mul_worker) (tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0))
 896                 bn_mul_mont_vis3(tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0, top);
 897             bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, i);
 898         }
 899
 900         /* switch to 64-bit domain */
 901         np = alloca(top * sizeof(BN_ULONG));
 902         top /= 2;
 903         bn_flip_t4(np, mont->N.d, top);
 904
 905         bits--;
 906         for (wvalue = 0, i = bits % 5; i >= 0; i--, bits--)
 907             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
 908         bn_gather5_t4(tmp.d, top, powerbuf, wvalue);
 909
 910         /*
 911          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
 912          * significant bits.
 913          */
 914         while (bits >= 0) {
 915             if (bits < stride)
 916                 stride = bits + 1;
 917             bits -= stride;
 918             wvalue = bn_get_bits(p, bits + 1);
 919
 920             if ((*pwr5_worker) (tmp.d, np, n0, powerbuf, wvalue, stride))
 921                 continue;
 922             /* retry once and fall back */
 923             if ((*pwr5_worker) (tmp.d, np, n0, powerbuf, wvalue, stride))
 924                 continue;
 925
 926             bits += stride - 5;
 927             wvalue >>= stride - 5;
 928             wvalue &= 31;
 929             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 930             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 931             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 932             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 933             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 934             bn_mul_mont_gather5_t4(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top,
 935                                    wvalue);
 936         }
 937
 938         bn_flip_t4(tmp.d, tmp.d, top);
 939         top *= 2;
 940         /* back to 32-bit domain */
 941         tmp.top = top;
 942         bn_correct_top(&tmp);
 943         OPENSSL_cleanse(np, top * sizeof(BN_ULONG));
 944     } else
 945 #endif
 946 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT5)
 947     if (window == 5 && top > 1) {
 948         /*
 949          * This optimization uses ideas from http://eprint.iacr.org/2011/239,
 950          * specifically optimization of cache-timing attack countermeasures
 951          * and pre-computation optimization.
 952          */
 953
 954         /*
 955          * Dedicated window==4 case improves 512-bit RSA sign by ~15%, but as
 956          * 512-bit RSA is hardly relevant, we omit it to spare size...
 957          */
 958         void bn_mul_mont_gather5(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 959                                  const void *table, const BN_ULONG *np,
 960                                  const BN_ULONG *n0, int num, int power);
 961         void bn_scatter5(const BN_ULONG *inp, size_t num,
 962                          void *table, size_t power);
 963         void bn_gather5(BN_ULONG *out, size_t num, void *table, size_t power);
 964         void bn_power5(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 965                        const void *table, const BN_ULONG *np,
 966                        const BN_ULONG *n0, int num, int power);
 967         int bn_get_bits5(const BN_ULONG *ap, int off);
 968         int bn_from_montgomery(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 969                                const BN_ULONG *not_used, const BN_ULONG *np,
 970                                const BN_ULONG *n0, int num);
 971
 972         BN_ULONG *np = mont->N.d, *n0 = mont->n0, *np2;
 973
 974         /*
 975          * BN_to_montgomery can contaminate words above .top [in
 976          * BN_DEBUG[_DEBUG] build]...
 977          */
 978         for (i = am.top; i < top; i++)
 979             am.d[i] = 0;
 980         for (i = tmp.top; i < top; i++)
 981             tmp.d[i] = 0;
 982
 983         if (top & 7)
 984             np2 = np;
 985         else
 986             for (np2 = am.d + top, i = 0; i < top; i++)
 987                 np2[2 * i] = np[i];
 988
 989         bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 0);
 990         bn_scatter5(am.d, am.top, powerbuf, 1);
 991         bn_mul_mont(tmp.d, am.d, am.d, np, n0, top);
 992         bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 2);
 993
 994 # if 0
 995         for (i = 3; i < 32; i++) {
 996             /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
 997             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np2, n0, top, i - 1);
 998             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
 999         }
1000 # else
1001         /* same as above, but uses squaring for 1/2 of operations */
1002         for (i = 4; i < 32; i *= 2) {
1003             bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1004             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1005         }
1006         for (i = 3; i < 8; i += 2) {
1007             int j;
1008             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np2, n0, top, i - 1);
1009             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1010             for (j = 2 * i; j < 32; j *= 2) {
1011                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1012                 bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, j);
1013             }
1014         }
1015         for (; i < 16; i += 2) {
1016             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np2, n0, top, i - 1);
1017             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1018             bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1019             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 2 * i);
1020         }
1021         for (; i < 32; i += 2) {
1022             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np2, n0, top, i - 1);
1023             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1024         }
1025 # endif
1026         bits--;
1027         for (wvalue = 0, i = bits % 5; i >= 0; i--, bits--)
1028             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1029         bn_gather5(tmp.d, top, powerbuf, wvalue);
1030
1031         /*
1032          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
1033          * significant bits.
1034          */
1035         if (top & 7)
1036             while (bits >= 0) {
1037                 for (wvalue = 0, i = 0; i < 5; i++, bits--)
1038                     wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1039
1040                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1041                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1042                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1043                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1044                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1045                 bn_mul_mont_gather5(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top,
1046                                     wvalue);
1047         } else {
1048             while (bits >= 0) {
1049                 wvalue = bn_get_bits5(p->d, bits - 4);
1050                 bits -= 5;
1051                 bn_power5(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np2, n0, top, wvalue);
1052             }
1053         }
1054
1055         ret = bn_from_montgomery(tmp.d, tmp.d, NULL, np2, n0, top);
1056         tmp.top = top;
1057         bn_correct_top(&tmp);
1058         if (ret) {
1059             if (!BN_copy(rr, &tmp))
1060                 ret = 0;
1061             goto err;           /* non-zero ret means it's not error */
1062         }
1063     } else
1064 #endif
1065     {
1066         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, 0, numPowers))
1067             goto err;
1068         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&am, top, powerbuf, 1, numPowers))
1069             goto err;
1070
1071         /*
1072          * If the window size is greater than 1, then calculate
1073          * val[i=2..2^winsize-1]. Powers are computed as a*a^(i-1) (even
1074          * powers could instead be computed as (a^(i/2))^2 to use the slight
1075          * performance advantage of sqr over mul).
1076          */
1077         if (window > 1) {
1078             if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &am, &am, mont, ctx))
1079                 goto err;
1080             if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF
1081                 (&tmp, top, powerbuf, 2, numPowers))
1082                 goto err;
1083             for (i = 3; i < numPowers; i++) {
1084                 /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
1085                 if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &am, &tmp, mont, ctx))
1086                     goto err;
1087                 if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF
1088                     (&tmp, top, powerbuf, i, numPowers))
1089                     goto err;
1090             }
1091         }
1092
1093         bits--;
1094         for (wvalue = 0, i = bits % window; i >= 0; i--, bits--)
1095             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1096         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF
1097             (&tmp, top, powerbuf, wvalue, numPowers))
1098             goto err;
1099
1100         /*
1101          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
1102          * significant bits.
1103          */
1104         while (bits >= 0) {
1105             wvalue = 0;         /* The 'value' of the window */
1106
1107             /* Scan the window, squaring the result as we go */
1108             for (i = 0; i < window; i++, bits--) {
1109                 if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &tmp, &tmp, mont, ctx))
1110                     goto err;
1111                 wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1112             }
1113
1114             /*
1115              * Fetch the appropriate pre-computed value from the pre-buf
1116              */
1117             if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF
1118                 (&am, top, powerbuf, wvalue, numPowers))
1119                 goto err;
1120
1121             /* Multiply the result into the intermediate result */
1122             if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &tmp, &am, mont, ctx))
1123                 goto err;
1124         }
1125     }
1126
1127     /* Convert the final result from montgomery to standard format */
1128 #if defined(SPARC_T4_MONT)
1129     if (OPENSSL_sparcv9cap_P[0] & (SPARCV9_VIS3 | SPARCV9_PREFER_FPU)) {
1130         am.d[0] = 1;            /* borrow am */
1131         for (i = 1; i < top; i++)
1132             am.d[i] = 0;
1133         if (!BN_mod_mul_montgomery(rr, &tmp, &am, mont, ctx))
1134             goto err;
1135     } else
1136 #endif
1137     if (!BN_from_montgomery(rr, &tmp, mont, ctx))
1138         goto err;
1139     ret = 1;
1140  err:
1141     if (in_mont == NULL)
1142         BN_MONT_CTX_free(mont);
1143     if (powerbuf != NULL) {
1144         OPENSSL_cleanse(powerbuf, powerbufLen);
1145         OPENSSL_free(powerbufFree);
1146     }
1147     BN_CTX_end(ctx);
1148     return (ret);
1149 }
1150
1151 int BN_mod_exp_mont_word(BIGNUM *rr, BN_ULONG a, const BIGNUM *p,
1152                          const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx, BN_MONT_CTX *in_mont)
1153 {
1154     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
1155     int b, bits, ret = 0;
1156     int r_is_one;
1157     BN_ULONG w, next_w;
1158     BIGNUM *d, *r, *t;
1159     BIGNUM *swap_tmp;
1160 #define BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m) \
1161                 (BN_mul_word(r, (w)) && \
1162                 (/* BN_ucmp(r, (m)) < 0 ? 1 :*/  \
1163                         (BN_mod(t, r, m, ctx) && (swap_tmp = r, r = t, t = swap_tmp, 1))))
1164     /*
1165      * BN_MOD_MUL_WORD is only used with 'w' large, so the BN_ucmp test is
1166      * probably more overhead than always using BN_mod (which uses BN_copy if
1167      * a similar test returns true).
1168      */
1169     /*
1170      * We can use BN_mod and do not need BN_nnmod because our accumulator is
1171      * never negative (the result of BN_mod does not depend on the sign of
1172      * the modulus).
1173      */
1174 #define BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont) \
1175                 (BN_set_word(r, (w)) && BN_to_montgomery(r, r, (mont), ctx))
1176
1177     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
1178         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
1179         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_WORD, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
1180         return -1;
1181     }
1182
1183     bn_check_top(p);
1184     bn_check_top(m);
1185
1186     if (!BN_is_odd(m)) {
1187         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_WORD, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
1188         return (0);
1189     }
1190     if (m->top == 1)
1191         a %= m->d[0];           /* make sure that 'a' is reduced */
1192
1193     bits = BN_num_bits(p);
1194     if (bits == 0) {
1195         /* x**0 mod 1 is still zero. */
1196         if (BN_is_one(m)) {
1197             ret = 1;
1198             BN_zero(rr);
1199         } else {
1200             ret = BN_one(rr);
1201         }
1202         return ret;
1203     }
1204     if (a == 0) {
1205         BN_zero(rr);
1206         ret = 1;
1207         return ret;
1208     }
1209
1210     BN_CTX_start(ctx);
1211     d = BN_CTX_get(ctx);
1212     r = BN_CTX_get(ctx);
1213     t = BN_CTX_get(ctx);
1214     if (d == NULL || r == NULL || t == NULL)
1215         goto err;
1216
1217     if (in_mont != NULL)
1218         mont = in_mont;
1219     else {
1220         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
1221             goto err;
1222         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
1223             goto err;
1224     }
1225
1226     r_is_one = 1;               /* except for Montgomery factor */
1227
1228     /* bits-1 >= 0 */
1229
1230     /* The result is accumulated in the product r*w. */
1231     w = a;                      /* bit 'bits-1' of 'p' is always set */
1232     for (b = bits - 2; b >= 0; b--) {
1233         /* First, square r*w. */
1234         next_w = w * w;
1235         if ((next_w / w) != w) { /* overflow */
1236             if (r_is_one) {
1237                 if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1238                     goto err;
1239                 r_is_one = 0;
1240             } else {
1241                 if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1242                     goto err;
1243             }
1244             next_w = 1;
1245         }
1246         w = next_w;
1247         if (!r_is_one) {
1248             if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
1249                 goto err;
1250         }
1251
1252         /* Second, multiply r*w by 'a' if exponent bit is set. */
1253         if (BN_is_bit_set(p, b)) {
1254             next_w = w * a;
1255             if ((next_w / a) != w) { /* overflow */
1256                 if (r_is_one) {
1257                     if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1258                         goto err;
1259                     r_is_one = 0;
1260                 } else {
1261                     if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1262                         goto err;
1263                 }
1264                 next_w = a;
1265             }
1266             w = next_w;
1267         }
1268     }
1269
1270     /* Finally, set r:=r*w. */
1271     if (w != 1) {
1272         if (r_is_one) {
1273             if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1274                 goto err;
1275             r_is_one = 0;
1276         } else {
1277             if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1278                 goto err;
1279         }
1280     }
1281
1282     if (r_is_one) {             /* can happen only if a == 1 */
1283         if (!BN_one(rr))
1284             goto err;
1285     } else {
1286         if (!BN_from_montgomery(rr, r, mont, ctx))
1287             goto err;
1288     }
1289     ret = 1;
1290  err:
1291     if (in_mont == NULL)
1292         BN_MONT_CTX_free(mont);
1293     BN_CTX_end(ctx);
1294     bn_check_top(rr);
1295     return (ret);
1296 }
1297
1298 /* The old fallback, simple version :-) */
1299 int BN_mod_exp_simple(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
1300                       const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx)
1301 {
1302     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
1303     int start = 1;
1304     BIGNUM *d;
1305     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
1306     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
1307
1308     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
1309         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
1310         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_SIMPLE, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
1311         return -1;
1312     }
1313
1314     bits = BN_num_bits(p);
1315    if (bits == 0) {
1316         /* x**0 mod 1 is still zero. */
1317         if (BN_is_one(m)) {
1318             ret = 1;
1319             BN_zero(r);
1320         } else {
1321             ret = BN_one(r);
1322         }
1323         return ret;
1324     }
1325
1326     BN_CTX_start(ctx);
1327     d = BN_CTX_get(ctx);
1328     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
1329     if (!d || !val[0])
1330         goto err;
1331
1332     if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
1333         goto err;               /* 1 */
1334     if (BN_is_zero(val[0])) {
1335         BN_zero(r);
1336         ret = 1;
1337         goto err;
1338     }
1339
1340     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
1341     if (window > 1) {
1342         if (!BN_mod_mul(d, val[0], val[0], m, ctx))
1343             goto err;           /* 2 */
1344         j = 1 << (window - 1);
1345         for (i = 1; i < j; i++) {
1346             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
1347                 !BN_mod_mul(val[i], val[i - 1], d, m, ctx))
1348                 goto err;
1349         }
1350     }
1351
1352     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
1353                                  * when there is only the value '1' in the
1354                                  * buffer. */
1355     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
1356     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
1357     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
1358
1359     if (!BN_one(r))
1360         goto err;
1361
1362     for (;;) {
1363         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
1364             if (!start)
1365                 if (!BN_mod_mul(r, r, r, m, ctx))
1366                     goto err;
1367             if (wstart == 0)
1368                 break;
1369             wstart--;
1370             continue;
1371         }
1372         /*
1373          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
1374          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
1375          * set bit before the end of the window
1376          */
1377         j = wstart;
1378         wvalue = 1;
1379         wend = 0;
1380         for (i = 1; i < window; i++) {
1381             if (wstart - i < 0)
1382                 break;
1383             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
1384                 wvalue <<= (i - wend);
1385                 wvalue |= 1;
1386                 wend = i;
1387             }
1388         }
1389
1390         /* wend is the size of the current window */
1391         j = wend + 1;
1392         /* add the 'bytes above' */
1393         if (!start)
1394             for (i = 0; i < j; i++) {
1395                 if (!BN_mod_mul(r, r, r, m, ctx))
1396                     goto err;
1397             }
1398
1399         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
1400         if (!BN_mod_mul(r, r, val[wvalue >> 1], m, ctx))
1401             goto err;
1402
1403         /* move the 'window' down further */
1404         wstart -= wend + 1;
1405         wvalue = 0;
1406         start = 0;
1407         if (wstart < 0)
1408             break;
1409     }
1410     ret = 1;
1411  err:
1412     BN_CTX_end(ctx);
1413     bn_check_top(r);
1414     return (ret);
1415 }